CF卡的IDE总线适配器设计

时间:2008-08-26

  摘 要:CF卡使用FLASH作为存储媒介,无需供电也能保存资料,常用于数码照相机及其他的设备中,也可用作固态驱动器。本文介绍的简单适配器可将各种类型CF卡连结到PC机上,给出了CF卡的接口定义、适配器电原理图、器件参数。由于Windows Me 以上的操作系统自带CF卡的驱动程序,本适配器可以直接安装使用,不需要单独驱动程序。

  CF卡的全称为“Compact Flash”卡,意为“标准闪存卡”,是早由Sandisk公司于1994年 推出的,Compact Flash技术是由Compact Flash协会(CFA)提出的一种与PC机ATA接口标准 兼容的技术,与计算机系统的连接非常方便。CF卡具有高速度、大容量、体积小、重量轻、 功耗低等优点,得到了广泛的应用,相机、掌上电脑、随身听上都可能用到闪存卡。如今以 柯达、佳能、尼康、奥林巴斯等影像巨头为组成的CF卡标准组织现有成员约250家,涵盖了几乎所有数码相机生产厂商,使用CF卡的数码相机产品已经超过300款。

  CF卡使用FLASH作为存储媒介,无需供电也能保存资料,而且工作时耗电量也很低,3.3 V,5 V外电压通用,其耗电量只相当于传统存储设备如磁带、硬盘的3%或更低,适合用在移 动设备上。CF卡容量不断提升,目前CF卡存储容量达到2 G,存取速度也不断提高,目前快的CF卡约可以达到5 MB/s读和4 MB/s写的速度。

  1CF卡工作原理及接口标准

  CF卡由2个基本部分组成,如图1所示:控制芯片和闪存模块组,控制芯片用来实现与主机的连 接及控制数据在闪存模块中的传输,闪存用于存储信息。CF卡内部控制器设计完全模拟硬盘,的特色是兼容性好,无论采用多大容量的闪存芯片组,其外部接口都是标准的ATA/ID E接口,可以很容易地通过IDE接口与电脑连接,而且早已实现无驱动设计,使用非常方便。 由于CF卡内置控制器和仿硬盘的设计,也简化了CF卡适配器的设计。

  CF卡控制器中包含2组寄存器:命令寄存器和控制寄存器。当CF卡工作在存储器方式时,按照ATA标准以寄存器方式传送数据、命令和地址,命令寄存器用来接受命令和传输数据,控 制寄存器用来进行磁盘控制,命令寄存器组的地址空间为1F0H~1FFH;当CF卡工作在I/O方 式时,控制寄存器组主要用于控制CF卡的工作方式,命令寄存器组被分配在与ATA标准兼容 的地址空间,地址空间为IF0H~1F7H和3F6H~3F7H。

  CF卡与硬盘相似,但他没有机械结构,没有磁头和磁道的转换操作,因此在访问连续扇区时,操作速度比物理寻址方式快,操作以虚拟方式进行。CF卡的寄存器包括以下7种:

  数据寄存器(R/W)用于对扇区的读写操作,主机通过该寄存器向CF卡卡控制器写入或从CF卡控制寄存器读出扇区缓冲区的数据;

  错误寄存器(R)和特性寄存器(W)错误寄存器反映控制寄存器在诊断方式或操作方式下的错误原因。特性寄存器一般情况下不使用。

  扇区数寄存器(R/W)记录读、写命令的扇区数目。

  扇区号寄存器(R/W)记录读、写和校验命令指定的起始扇区号。

  柱面号寄存器(R/W)记录读、写、校验和寻址命令指定的柱面号。

  驱动器/磁头寄存器(R/W)记录读、写、校验和寻道命令指定的驱动器号、磁头号和寻址方式(CHS模式或LBA模式)。?

  状态寄存器(R)和命令寄存器(W)状态寄存器反映CF卡驱动器执行命令后的状态,读该寄存器要清除中断请求信号,命令寄存器接收主机发送的CF卡工作的控制命令。

  CF卡的扇区寻址有2种方式:物理寻址方式(CHS)和逻辑寻址方式(LBA)。物理寻址方式使用柱面、磁头和扇区号表示一个特定的扇区,起始扇区是0磁道、0磁头、1扇区,接下来是2扇区,一直到EOF扇区;接下来是同一柱面1头、1扇区等。逻辑寻址方式将整个CF卡统一寻址。逻辑块地址和物理地址的关系为:

  LBA地址=(柱面号×磁头数+磁头号)×扇区数+扇区数-1Compact Flash协会制定的CF+/Compact Flash标准接口是50引脚,分成2排,每排25个。CF卡不是硬盘那样的针型接口而是50 mil(1.27 mm)的孔型接口,因此不容易被损坏,表1为 CF卡引脚定义。CF+是Compact Flash的衍生技术规格,物理规格和CF完全相同。但CF+卡并不是CF卡那样的ATA闪存存储器,而主要是I/O设备,如CF串口卡、CF蓝牙、CF USB卡、CF网卡、CF GPS卡、CF GPRS卡等。 CF卡分为2类:Type I和Type II,二者只在物理外型上有所区别(见图2为Type II型)。

  2CF卡IDE总线接口适配器设计与制作

  适配器电原理如图3所示。适配器主要由2个部分组成,K1是IDE BUS的联接器,K2是CF卡片的联接器。CF卡允许在3个不同的模式中使用,当CF卡联结器K2中引脚 9连接于GND时,CF卡是“真实 IDE”模式,在这个模式中,CF卡的外部特性同硬盘机的IDE 接口类似。

  发光二极管D1使CF卡的读写过程可见,R1决定流过D1的电流,通常限定在10 mA左右。CF卡连接器引脚39经由电阻R2被连接到+5 V,这时CF卡在IDE BUS上当作mas ter使用。如果引脚39经由JP1置于地,CF卡片将会当作slave用在IDE BUS上。C1和C2为去耦电容器。

  K3用来连接电源电压。CF卡只需要+5 V电压接地,可连接在PC机内开关电源剩余的电源连线上。

  制作完成后,JP1应根据需要设置,如果在本机IDE接口上已经接有硬盘或CDROM,并且被配置成master,那么CF卡应配置成slave,否则CF卡应配置成master。

  余下的问题是在计算机面板上选取一个空白的位置,设法固定适配器板。为防止CF卡插反,应选用带定位槽的CF卡插座。

  3CF卡的使用

  由于Windows 95以上的所有操作系统都内置PCMCIA接口的IDE硬盘控制器驱动程序,WindowsMe以上的操作系统也加入了对USB,IEEE1394接口移动磁盘的支持,所以只要为简单的接口控制器(转接器)加上CF卡,就可以直接在电脑上使用。

  当次在计算机上连接CF卡片时,Windows会一个Driver新的装置正被安装,将会出现驱动器图标,而且驱动程序是自动安装的。在驱动器被安装后,Windows会自动识别CF卡片,如一种硬盘磁碟机,而且能以平常的方式读写文件。为了安全起见,只有当个人计算机断电时,才可插入或除去CF卡。

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